KR101074984B1 - 복수 램프 조사 시스템 - Google Patents

Abstract

2 이상의 광원(13,14)을 결합하는 조사 시스템이 제공된다. 복수의 광원은 랜덤하게 편광된 광(1,5)을 방사한다. 복수의 집광 파이프(11,12)는 복수의 광원에 대응한다. 각각의 집광 파이프는 각각의 광원을 향하여 위치하는 진입 단부(11a,12a)를 가진다. 집광 파이프는 측방향으로 오프셋되며 그들 각각의 진입 단부에 서로 반대 방향으로 중첩한다. 광 결합 파이프(16)는 상기 집광 파이프에 수직하여 위치한다. 편광 빔 스플리터(20,21) 및 미러(22,23)는 본질적으로 진입 단부에 서로 반대 방향이 되도록 각각의 집광 파이프 내에 순차적으로 배열되어, 제1 편광된 광(2,6) 및 제2 편광된 광(4,8)을 각각 상기 결합 파이프를 향하여 위쪽으로 향하게 한다. 상기 광 결합 파이프는 각각의 편광 빔 스플리터 및 미러로부터의 광을 집광하여 결합하도록 각각의 집광 파이프의 편광 빔 스플리터 및 미러 위에 놓이는 진입 단부(16a)를 가진다.

조사 시스템, 광 파이프 시스템, 편광

Description

복수 램프 조사 시스템{MULTIPLE LAMP ILLUMINATION SYSTEM WITH POLARIZATION RECOVERY AND INTEGRATION}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2004년 3월 11일 출원되고, 본 명세서에서 전체로서 참조로 인용되는 "Multiple Lamp Illumination System with Polarization Recovery and Integration"이라는 명칭의 미국 가출원 제60/552,284호의 이익을 주장한다.

본 발명은 전반적으로 마이크로디스플레이에서 이용하는 광 투사 시스템에 관한 것이다.

기존의 광 투사 시스템에서는 통상적으로 최적의 밝기와 램프 수명 사이에 상충관계가 존재한다. 이러한 문제점에 대한 한가지 접근 방식은 시스템에 2개의 램프를 제공하는 것이다. 그러나, 이러한 시스템이 마이크로디스플레이에 이용하기 위하여 적응되는 경우에는 균일한 조사 및 편광 복원을 위한 적절한 수단이 존재하지 않는다. 또한, 이러한 시스템은 2개의 램프에 한정되어 2개의 중계 렌즈를 요구하여 비용이 증가되고 공간 요구조건이 강화된다.

발명의 개요

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 2 이상의 광원을 결합하는 조사 시스 템이 제공된다. 이러한 조사 시스템은 랜덤하게 편광된 광을 방사하는 복수의 광원 및 광원으로부터의 광을 결합하고 높은 휘도의 균일한 조사를 제공하는 광 파이프 시스템을 포함한다. 이러한 광 파이프 시스템은 복수의 광원에 대응하는 복수의 집광 파이프들을 포함한다. 각각의 집광 파이프는 각각의 광원을 향하여 위치한 진입 단부를 가진다. 집광 파이프는 측방향으로 오프셋되고 그들의 각각의 진입 단부에 서로 반대 방향으로 중첩된다. 광 결합 파이프는 집광 파이프에 수직하게 위치한다. 편광 빔 스플리터(splitter) 및 미러는 진입 단부에 본질적으로 서로 반대 방향이 되도록 각각의 집광 파이프 내에 순차적으로 배열되어, 제1 편광된 광 및 제2 편광된 광을 각각 광 결합 파이프를 향해 위쪽으로 보낸다. 광 결합 파이프는 각각의 집광 파이프의 편광 빔 스플리터 및 미러 위에 놓이는 진입 단부를 가져 각각의 편광 빔 스플리터 및 미러로부터의 광을 집광하고 결합한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 기술될 것이다.

도 1은 본 발명의 한 예시적인 실시예에 따른 조사 시스템의 사시도.

도 2a 내지 2c는 도 1에 도시된 조사 시스템의 서로 반대 방향의 측면도 및 평면도를 각각 나타내는 도면.

예컨대, 디지털 영화와 같은 매우 높은 휘도를 요구하는 애플리케이션에서는 광 처리량을 상당히 높이기 위하여 조사 시스템 내에 하나 이상의 램프를 이용하는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 본 명세서는 편광을 복원하고 광 빔을 통합하여 높은 휘도의 균일한 조사를 제공하는 장점 또한 가지는 구조를 기술한다. 더욱이, 이러한 시스템은 낮은 비용 및 보다 컴팩트한 시스템을 위하여 감소된 수의 렌즈를 필요로 한다.

도 1 내지 2c는 이중 램프 시스템(1)을 도시하지만, 아래의 논의는 4개의 램프 시스템에서도 적용가능하다. 이중 램프 구성에서, 버너(burner, 도시되지 않음)가 각각의 2개의 서로 반대 방향의 램프(13,14)에 대한 집광기/광 반사기(9,10) 내에 배치되며, 광 파이프 시스템(15)이 램프(13,14) 사이에 위치한다. 타원형 반사기는 집광기로서 적절하지만, 집광 수단은 상이할 수 있다. 광이 포커싱되는 각각의 집광기(9,10)의 제2 초점에서 진입 단부(11a,12a)를 가지는 집광 파이프(11,12)가 존재한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 제2 램프(14) 및 광 파이프(11)는 제1 램프(13) 및 광 파이프(12)로부터 광 파이프의 폭만큼 측방향으로 오프셋된다. 각각의 광 파이프는 진입 단부(11a,12a)에 서로 반대 방향인 종료 단부(11b,12b)를 가지며, 이 종료 단부(11b,12b)는 집광 파이프(11,12)의 축 방향으로 중첩한다.

각각의 버너로부터 랜덤하게 편광된 광(1,5)은 집광기/반사기(9,10)에 의해서 대응하는 광 파이프(11,12)로 진입 단부(11a,12a)에서 주입된다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 랜덤하게 편광된 광(1,5)은 제1 및 제2 집광 파이프(11,12) 내부의 반사에 의해서 혼합된다. 집광 파이프(11,12)로부터 수직하게 연장하고, 제1 및 제2 집광 파이프(11,12)로부터의 광을 결합하는 광 결합 파이프(16)가 존재할 것이기 때문에, 제1 및 제2 집광 파이프(11,12)는 길이가 매우 길 필요가 없다. 각각의 집광 파이프(11,12)에서, 진입부(11a,12a)에 서로 반대 방향의 단부 근처에 s-편광 광(2,6)을 위쪽으로 반사하고 p-편광 광(3,7)을 통과시키는 45°편광 빔 스플리터(PBS,20,21)가 존재한다. 그 후에, p-편광 광(3,7)은 PBS(20,21)에 인접하여 위치한 미러(22,23)에 의해서 위쪽으로 반사되고, 미러 위의 반사광의 경로에 수직한 반파 플레이트(HWP,26,27)에 의해서 s-편광 광(4,8)으로 변환된다. 이리하여, 광 파이프 시스템(15)은 2개의 램프(13,14)로부터의 광을 결합하는 것과 동시에 반대의 편광 광(즉, p-편광된 광(3,7))을 복원한다.

도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, PBS(20,21) 및 미러(22,23)/HWP(26,27)는 s-편광된 광을 광 결합 파이프(16)를 향하여 위쪽으로 방사하는 4개의 직사각형 영역을 형성한다. 광 결합 파이프(16)는, 본질적으로 위쪽을 향하는 모든 광을 광 결합 파이프(16)로 진입하도록 4개의 직사각형 영역 위에 놓이는 진입 단부(16a)를 가진다. 광 결합 파이프(16)는 반사에 의해서 광을 결합하여 공간 및 스펙트럼에 있어서 균일한 조사를 그 출력에서 획득한다. 그 후에, 광 결합 파이프(16)로부터의 출력은 중계 렌즈(도시되지 않음)에 의해서 하나 이상의 마이크로디스플레이(도시되지 않음) 상에 이미징될 준비가 된다. 이리하여, 2개의 램프(13,14)는 2개의 별도의 중계 렌즈가 아닌 단지 하나의 중계 렌즈만을 필요로 한다.

조사될 시스템이 "2 내의 1(one in two)" 이미저 시스템인 경우에는, 편광 복원이 요구되지 않으며, 상방향 폴딩 시스템은 PBS 및 미러 조합을 대신하여 45°미러만으로 구성될 수 있다. 집광 파이프(11,12)의 단면은 광 결합 파이프(16)의 최종 단면이 이미저의 종횡비를 가지게 하는 종횡비를 가지도록 선택된 치수를 가지는 직사각형이다. 통상적으로, 광 결합 파이프(16)는 4/3 또는 16/9의 종횡비를 가질 것이다.

도 1에 도시된 시스템은 높은 휘도의 광 출력을 획득하기 위하여 3가지 기능을 수행한다. 즉, (1) 마이크로디스플레이에 조사하기에 보다 적절하도록 원형 빔을 직사각형 균일 빔으로 변환하며, (2) 조사가 액정 기반 장치에 이용되는 경우에 통상적으로 소실될 광의 하나의 편광된 광을 복원하며, (3) 2개 이상의 램프로부터의 광을 결합한다.

Claims (16)

1. 조사(illumination) 시스템에서 이용하는 광 파이프 시스템으로서,

   서로 반대 방향의 진입 단부들 및 중첩하는 종료 단부들을 갖는 적어도 한 쌍의 집광 파이프와,

   각각의 집광 파이프의 종료 단부에 근접하고, 제1 직사각형 영역에 걸쳐서, 상기 집광 파이프에 수직한 방향으로 원하는 편광된 광을 보내는 편광 빔 스플리터와,

   각각의 집광 파이프에서 상기 편광 빔 스플리터에 인접하고, 상기 편광 빔 스플리터를 통과하는 광을 제2 직사각형 영역에 걸쳐서, 집광 파이프에 수직한 방향으로 반사하는 미러 - 한 쌍의 집광 파이프는, 상기 한 쌍의 집광 파이프 중 하나의 제1 및 제2 직사각형 영역들이 상기 한 쌍의 집광 파이프 중 다른 하나의 제2 및 제1 직사각형 영역들에 각각 인접하도록 측방향으로(laterally) 오프셋됨 -와,

   상기 집광 파이프들에 수직하며, 상기 직사각형 영역들 위에 놓이는 진입 단부를 가지는 광 결합 파이프

   를 포함하는 광 파이프 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   각각의 미러에 인접하여 배치되고, 각각의 직사각형 영역이 동일한 편광의 광을 방사하도록 상기 인접하는 편광 빔 스플리터를 통과하는 광을 반대로 편광된 광으로 변환하기 위한 반파 플레이트(half-wave plate)를 더 포함하는 광 파이프 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 직사각형 영역들은 결합하여 4/3의 종횡비를 가지는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 광 파이프 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 직사각형 영역들은 결합하여 16/9의 종횡비를 가지는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 광 파이프 시스템.
5. 조사 시스템으로서,

   랜덤하게 편광된 광을 방사하는 복수의 광원과,

   상기 복수의 광원에 대응하는 복수의 집광 파이프 - 각각의 집광 파이프는 상기 각각의 광원을 향하여 배치되는 진입 단부를 가지며, 상기 집광 파이프들은 측방향으로 오프셋되며 그들 각각의 진입 단부들의 반대편에서 중첩됨 -와,

   상기 집광 파이프들에 수직한 광 결합 파이프와,

   실질적으로 상기 진입 단부의 반대편에 각각의 집광 파이프에 순차적으로 배열되고, 제1 편광된 광 및 제2 편광된 광을 각각 상기 광 결합 파이프를 향하여 위쪽으로 보내는 편광 빔 스플리터 및 미러 - 상기 광 결합 파이프는 각각의 집광 파이프의 편광 빔 스플리터 및 미러 위에 놓이고 각각의 편광 빔 스플리터 및 미러로부터의 광을 집광하고 결합하기 위한 진입 단부를 가짐 -

   를 포함하는 조사 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   각각의 광원은 광을 제2 초점에 포커싱하는 집광기(collector)를 가지며, 각각의 집광 파이프의 진입 단부는 대응하는 집광기의 상기 제2 초점에 배치되는 조사 시스템.
7. 제5항에 있어서,

   상기 편광 빔 스플리터들 및 상기 미러들은 상기 광 결합 파이프를 향하여 광을 방사하는 4개의 직사각형 영역을 형성하고, 상기 직사각형 영역들은 결합하여 상기 광 결합 파이프의 진입 단부에 대응하는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 조사 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 직사각형 영역들은 결합하여 4/3의 종횡비를 가지는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 조사 시스템.
9. 제7항에 있어서,

   상기 직사각형 영역들은 결합하여 16/9의 종횡비를 가지는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 조사 시스템.
10. 제5항에 있어서,

    각각의 미러에 인접하여 배치되고, 각각의 직사각형 영역이 동일한 편광의 광을 방사하도록 상기 인접하는 편광 빔 스플리터를 통과하는 광을 반대로 편광된 광으로 변환하기 위한 반파 플레이트를 더 포함하는 조사 시스템.
11. 조사 시스템으로서,

    랜덤하게 편광된 광을 방사하는 복수의 광원과,

    상기 복수의 광원에 대응하는 복수의 집광 파이프 - 각각의 집광 파이프는 각각의 광원을 향하여 배치되는 진입 단부를 가짐 -와,

    상기 집광 파이프들에 수직한 광 결합 파이프와,

    실질적으로 상기 진입 단부의 반대편에 각각의 집광 파이프에 배치되고, 제1 편광된 광을 상기 광 결합 파이프를 향하여 위쪽으로 보내는 편광 빔 스플리터와,

    상기 편광 빔 스플리터에 인접하는 각각의 광 파이프에 배치되고 상기 편광 빔 스플리터를 통과하는 광을 상기 광 결합 파이프로 반사하는 미러

    를 포함하는 조사 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    각각의 광원은 상기 광을 제2 초점으로 보내는 집광기를 포함하며, 상기 각각의 집광 파이프의 진입 단부는 상기 대응하는 광원의 상기 집광기의 제2 초점에 배치되는 조사 시스템.
13. 제11항에 있어서,

    상기 편광 빔 스플리터들 및 상기 미러들은 상기 광 결합 파이프를 향하여 광을 방사하는 4개의 직사각형 영역을 형성하고, 상기 직사각형 영역들은 결합하여 상기 광 결합 파이프의 진입 단부에 대응하는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 조사 시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 직사각형 영역들은 결합하여 4/3의 종횡비를 가지는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 조사 시스템.
15. 제13항에 있어서,

    상기 직사각형 영역들은 결합하여 16/9의 종횡비를 가지는 보다 큰 직사각형 영역을 형성하는 조사 시스템.
16. 제11항에 있어서,

    각각의 미러에 인접하여 배치되고, 각각의 직사각형 영역이 동일한 편광의 광을 방사하도록 상기 인접하는 편광 빔 스플리터를 통과하는 광을 반대로 편광된 광으로 변환하기 위한 반파 플레이트를 더 포함하는 조사 시스템.

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